KR900005709B1 - 전동식 파워스테어링장치 - Google Patents

전동식 파워스테어링장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

전동식 파워스테어링장치
제1도는 본원 발명에 의한 전동식 파워스테어링장치의 전체 구성도.
제2도는 모우터와 콘트로울러의 블록선도.
제3도는 급전라인의 설명도.
제4도는 얼터네이터 및 부하의 단자전압-충전전류 특성도.
제5도는 차속-조종력 특성도.
제6도는 배터리 수하 특성도.
제7도는 배터리전압과 전류 제한치에 의한 패턴제어 특성도.
제8도는 본원 발명에 의한 전류 제한치 제어의 플로우차아트.
제9도는 파라미터가 아이들링 속도인 얼터네이터 및 부하의 단자전압-충전전류 특성을 나타낸 도면.
본원 발명은 자동차용 전동식 파워스테어링장치에 관한 것이며, 특히 배터리의 과방전을 방지하는데 적합한 전류제한방식에 의한 전동식 파워스테어링장치에 관한 것이다.
종래, 자동차용의 파워스테어링자치로서 알려져 있는 것은 예를들면 1984년 12월 15일 일본국 특개소 59-223561호 공보에 개시되어 있는 "전동식 파워스테어링장치"와 같이, 모우터에 의해 오일펌프를 구동하고, 그 유압을 이용하여 핸들 조작력을 보조하는 이른바 전동 유압식 파워스테어링장치이다. 이러한 전동유압식 파워스테어링장치에 있어서는, 배터리의 과방전상태에 있어서는 모우터에의 전력공급을 차단하는 구성으로 되어 있기는 하지만, 자동차가 특히 고속으로 커어브를 주행하는 경우, 핸들이 중립위치에 되돌아오는 짧은 시간은 부적절하게 조작되는 위험을 지닌 구성으로 되어 있다. 파워스테어링기능을 충부히 유지한 다음에 배터리가 과방전상태로 되지 않도록 하는 점에 대해서는 아무런 배려도 되어 있지 않았었다.
이것은 특히 핸들조작을 모우터동력에 의해 직접 보조하고자 하는 이른바 전동식 파워스테어링장치를 장비한 것에 있어서 현저하며, 과방전에 의해 헤드램프가 어두워진다는 따위의 결함이 생긴다.
본원 발명의 목적은 배터리전압저하에 의한 문제점을 해결하며, 배터리의 과방전을 방지하는 데 적합한 전동식 파워스테어링장치를 제공하는 데 있다.
본원 발명에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위해, 전동식 파워스테어링장치의 모우터에 공급되는 전류를 배터리전압에 따라 제한함으로써 배터리전압을 소정치 이상으로 확보하는 것이다.
다음에, 본원 발명의 일실시예에 대해 설명한다. 제1도에 의하면 통상의 핸들조작시에 있어서는 핸들(1)에 의한 조작능력을 토오크센서(2)에 의해 조종토오크로서 거물하고, 이것을 콘트로울러(3)에 보낸다. 이 콘트로울러는 마이크로콤퓨터에 의해 구성된 것이다. 콘트로울러(3)는 토오크센서(2)의 검출시호에 따른 출력신호를 모우터(11)에 입력함으로써, 모우터(11)는 필요에 따른 토오크를 클러치(14)를 통해 감속기어(15)에 전달함으로써 핸들(1)의 조정력을 보조(어시스트)한다.
여기서, 모우터(11)는 직류 직권(直券)모우터이며, 우회전용 계자(界磁) 권선(7)과 좌회전용 계자권선(8)을 가지며 그 선택은 콘트로울러(3)로부터의 신호에 의해 제어되는 파워트랜지스터(9),(10)에 의해 행해진다. 또한, 모우터에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류검출기(4)가 설치되어 있다.
모우터구동용 전원은 차에 실린 배터리(12)이며, 엔진에 의해 회전구동되는 AC제네레이터의 얼터네이터(13)에 의해 충전된다. 배터리(12)에는 상기 모우터(11)의에, 헤드램프(80)나 다른 부하(60)가 각기 스위치(90),(70)를 통해 병렬로 접속되어 있다.
이상의 구성에 의해, 핸들(1)에 있어서의 조종력이 스테어링기어(16)를 통해 전달된 힘과, 모우터(11)에서 감속기어(15)를 통해 전달된 힘과의 합성력에 의해, 타이어(17)에 조타각이 주어진다. 따라서, 토오크센서(2)가 토오크를 검출하는 한, 모우터(11)는 필요한 토오크를 발생하여 조종력을 보조하게 된다.
제1도의 핸들(1)에 가해진 조종토오크(T)에 의해, 토오크센서(2)에는 신호(Vc)가 출력된다. 이 토오크 센서신호(Vc)에 비례한 출력을 발생하는 비례출력 발생회로(19)로부터의 출력과 신호(Vc)의 미분치를 발생하는 미분출력 발생회로(18)로부터의 출력과의 합성치(Vcc)가 전류지령 발생회로(20)에 가해지며, 즉 조종토오크(T)에 의한 전류지령(Imc)이 결정된다.
이것에 대해, 차속(S)에 의하여, 전류 제한치(ISL)가 차속-전류패턴제어회로(30)에 의해 결정되며, 다시 신호(Imc)와 (ISL)에 의해 전류지령(Ic)이 회로(21)에 의해 결정된다. 이 전류지령(Ic)은 전압지령회로(22)에 의해 지령전압(Vmc)으로 변환된다.
다음에 지령전압(Vmc)에 대해, 실제로 모우터(11)에 흐르는 전류를 피이드백하여, 그 차가 쵸퍼회로(23)에 가해져 쵸퍼통류율(通流率) α가 결정된다. 이 통류율 α와 배터리전압(VB)과의 적(積)이 모우터(11)에 대한 입력전압(VM)으로 된다. 입력전압(VM)은 모우터저항(RM) 및 모우터시정시(τM)에 의한
Figure kpo00001
라는 전달함수(24)에 의해 모우터전류(IM)로 되며, (25)로 표시된 KT라는 토오크계수에 의해 모우터토오크(TM)가 발생된다. 모우터토오크(TM)는 모우터의 관성모우먼트(J) 및 그 점성계수(D)에 의한
Figure kpo00002
라는 전달함수(26)에 의해 결정되는 모우터각속도(ω)로 된다. 또, 모우터각속도(ω)는 KV라는 역기전압계수(27)를 거쳐 모우터 입력전압(VM)에 피이드백된다. 콘트로울러(3)와 모우터(11)는 이상과 같은 구성이다.
또, 파워스테어링의 특징으로서 제5도에 나타낸 조종력과 차속의 관계가 있다. 정지시 핸들을 회전시킬 때와 같은 차속 0의 경우에 특히 커다란 조종력이 요구되는 것을 도면에서 알 수 있다. 이와같은 일로부터 정지시 핸들을 회전시킬 때에는 모우터(11)에는 대전류가 필요해진다. 또 정지상태에서 핸들을 좌우 어느쪽이거나 최대한으로 돌려 조종토오크를 계속 가할 경우나, 또는 최대토오크 상태에서 핸들을 유지했을 경우(예를들면 일부가 도랑에 빠진 차체를 꺼낼 때 등)에, 전류제한치(예를들면 50A)에 달하는 대전류가 필요해져서 많은 전력을 소비한다 더구나, 이와같은 정지시에 핸들을 회전시키는 동안의 엔진회전은 통상 아이들링상태이며, 얼터네이터(13)의 충전능력도 낮아져 있다. 얼터네이터(13)의 단자전압과 충전전류의 관계는 제4도의 곡선(A)에 나타낸 바와같이 되어 있으며, 이것에 전동식 파워스테어링장치 등의 전기부하가 걸리면 충전전류, 단자전압이 제4도의 곡선(B)에 나타낸 바와같이 모두 저하하게 된다. 이와같은 상황에서 종래의 전동식 파워스테어링장치에는 배터리의 과방전이 진행되어 엔진의 시동에 지장을 초래하거나, 헤드라이트가 어두워지나 기타의 보조기류(補助機類)가 정상적으로 동작하지 않거나, 콘트로울러의 오동작을 일으킨다는 등의 실용상 및 안전상의 문제가 있었다. 여기서, 종래의 전기부하는 헤드라이트에서도 15[A]정도이며, 그것에 대해 전동식 파워스테어링장치는 최대전류 50[A]라고 하는 대전류를 필요로 하는 것이다. 따라서, 전동식 파워스테어링장치 장착차에 있어서는 배터리(12)의 전압확보가 특히 필요한 해결되어야 할 중요한 과제로 되어 있다.
본원 발명에 있어서는 전압확보를 위해, 급전라인의 어느 한쪽의 전압을 검출하고, 이 값에 따라 모우터(11)의 전류제한을 한다. 여기서, 급전라인이란 제3도의 실선으로 나타낸 부분이다. 따라서, 플러스측도 급전라인이며, 마이너스측도 급전라인이다. 한 예로서, 전압검출을 급전라인중의 배터리단자에서 했을 경우를 설명한다.
제6도에 본 실시예에 의한 전동식 파워스테어링장치의 배터리의 전압수하(垂下) 특성을 나타낸다. 이 도면에도 나타낸 바와 같이, 배터리의 과방전이 진행되면, 배터리 단자전압이 7[V]이하로 저하하는 경우가 있다. 제6도에 의하면, 전류(I3)[A]에서 전압이 VB=7A[V]일지라도, 전류를 (I1)[A]까지 낮추면 VB=9[V]까지 회복한다. 본원 발명에서는 이와 같은 배터리 특유의 현상에 의거하여, 전류를 제한하는 것, 더욱 구체적으로는 제어회로에 있어서의 전류제한치를 낮춤으로써 배터리전압을 확보하려고 하는 것이며, 그것을 위한 적절한 전동식 파워스테어링장치를 제공하려고 하는 것이다.
이를 위한 방식으로서, 예를들면 제7도에 나타낸 바와같이, 배터리전압에 대응하는 전류 제한치에 의한 이른바 패턴제어를 채용한다. 구체적으로는 배터리전압을 검출하고, 그 검출치에 대응해서 전류제한치를 설정하는 방법이며, 예를들면 배터리전압 VB=10[V]이면 전류제한치는 25[A]로 되어, 이 경우 28[A]이하의 범위에서 모우터에 공급되는 전류를 제어한다. 또한, 배터리전압이 VB=7.5[V]이하로 저하했을 경우에는 배터리의 과방전을 방지하기위해, 모우터전류를 차단하게 된다. 이와 같은 패턴제어는 콘트로울러(3)를 구성하는 마이크로콤퓨터의 ROM(리이드온리메모리)에 제7도에 나타낸 특성을 기억해 두고, 이것을 독출함으로써 행해진다.
이와 같은 패턴제어에 의해 모우터전류를 배터리전압에 따라 제어하는 것과, 또한 얼터네이터(13)에 의한 배터리(12)의 충전에 의해, 배터리(12)가 다시 12[V]이상으로 회복하면, 정상대로 50[A]의 전류제한치로 모우터(11)를 제어한다.
그러나, 단지 이와 같은 패턴제어만으로는 헌팅을 일으키는 경우가 생기며, 본 실시예에서는 다시 피이드백 제어에 의해 설정전압으로 되도록 모우터전류를 제어하는 방법을 채용하고 있다.
이 피이드백제어를 제8도의 플로우차아트에 의해 구체적으로 나타낸다. 제8도에 나타낸 플로우차아트는 제2도에 나타낸 전류 제한회로(29)에 의하여 행해진다.
제8도에 나타낸 단계(33)에 의하여 제어가 시작된 후, 단계(34)에서 배터리(12)의 단자전압이 검출된다. 단계(35)에서 모우터의 조작이 모우드 1-3의 어느것에 상응 하는가를 판정한다.
절대로 확보해야 할 배터리전압(VB)을 7.5[V]로서 설정하면, VB<7.5[V]의 경우는 모우터전류를 차단하지 않을 수 없다. 그러나 모우터전류를 차단하면 파워스테어링의 기능이 상실되는 것이 문제이다. 그래서, 배터리전압이 VB<7.5[V]가 되지 않도록, 다시 VB=8[V]와 VB=8.5[V]와 VB=9[V]를 설정하고, 단계(36)에 나타낸 모우드(1)의 7.5[V]<VB<8[V]의 범위에서는 0.2[S]마다 1.7[A]씩 전류제한치를 낮추어 간다. 여기서, 시간과 전류치를 작게 나누는 것은 전류제한치의 변화에 의해 생기는 운전자에게 주는 쇼크를 줄이기 위해서이며, 전류제한치를 낮춘 결과, 단계(37)에 나타낸 모우드(2)의 8.5[V]<VB<9[V]까지 배터리전압이 회복하면, 그 시점에서의 전류제한치(IBL)[A]에 의해 모우터를 제어한다. 또한 배터리전압(VB)이 얼터네이터의 충전과의 관계로 단계(38)에 나타낸 모우드(3)의 VB>9[V]로 되면 반대로 0.2[S]마다 전류제한치를 1.7[A]씩 올려 간다. 그리고 배터리전압 VB>12[V]의 경우는 무조건 50[A]의 전류제한치에 의해 파워스테어링의 기능을 발휘한다.
한편, 배터리(12)에 의하여 구동되는 모우터(11)를통하여 흐르는 전류(IM)에 따라, 배터리전압(VB)은 제6도에 나타낸 수하특성에 의거 저하된다.
이상 기술한 바와같이, 본원 발명에 의하면, 제2도에 있어서의 전류제한회로(29)를 추가함으로써 파워스테어링장치로서의 최저한의 기능을 확보한 다음에, 다시 배터리의 과방전을 방지할 수 있다.
또한 본원 발명에 의하면, 배터리(12)의 전압확보를 위해, 모우터전류가 설정된 전류제한치(예를들면 50A)에 달한 경우를 검출하여, 이 검출신호를 얼터네이터(13)의 발전을 가세하는 제어신호로서 이용하는 것이다. 즉, 제1도에 있어서, 모우터전류가 전류제한치에 달하면, 이것을 전류검출기(4)로 검출하고, 이 검출신호에 의해 콘트로울러(3)를 통해 아이들링 회전수제어장치(50)를 동작시켜 엔진의 아이들링 회전수를 올림으로써 얼터네이터(13)의 충전능력을 높이는 것이다. 제9도에는 얼터네이터(13) 및 부하의 단자전압과 충전전류와의 관계가 나타나 있으며, 곡선(A) 및 (B)는 각각 얼터네이터 및 부하에 대응한다. 아이들링 회전수가 증가함에 따라 얼터네이터의 단자전압 대 충전전류의 특성은 화살표 방향으로 이동한다.
이때 엔진회전수가 단시간에 변동하면 운전자에 대해 불쾌감을 주기 때문에, 본 실시예에 있어서는 타이머(40)를 이용하여 아이들링 회전수를 증가시키는 시간을 3분간으로 설정하고 있다. 본원 발명에서는 아이들링 회전수 제어장치(50)를 전동식 파워스테어링장치에 사용하고 있으며, 그 상세한 것은 나타내지 않지만, 모우터(11)의 전류가 상기 전류제한치에 달했을 경우에 동작시켜, 배터리의 과방전을 방지하는 것이다. 즉, 이 아이들링 회전수 제어장치(50)는 얼터네이터(13)의 회전속도(N)가 설정회전속도(No)보다도 낮고, 또한 충전발전기의 계자전류(If)가 설정전류(Ifo)보다 클 때, 스로틀밸브의 개도를 증가시켜, 아이들링 회전속도가 증가하여 충전발전기의 회전속도가 상승하는 것이다.
이상과 같이, 전류제한치를 바꾸어 배터리전압을 보호하는 데다가 다시 모우터전류제한치에 달했을 경우에는 엔진의 아이들링 회전수를 올려 얼터네이터(13)에 의한 충전을 가세함으로써 배터리(12)의 과방전을 방지할 수 잇다. 본원 발명의 실시예에 의하면 모우터 전류제한과 동시에 엔진의 회전수를 증가시켜 얼터네이터의 충전능력을 높일 수 있다.

Claims (7)

  1. 자동차 핸들의 조종력을 보조하는 전동모우터와, 이 전동모우터의 토오크를 타이어를 움직이는 구동축에 전달하는 클러치와, 상기 전동모우터에 전력을 공급하기 위한 전원인 얼터네이터를 구비하며, 핸들조작에 의해 구동되는 핸들축과 상기 타이어구동축과의 편차를 검출하는 토오크센서의 출력신호에 따라 상기 전동모우터에의 전력공급 및 클러치의 작동을 제어하는 콘트로울러를 구비한 전동식 파워스테어링장치에 있어서, 상기 콘트로울러(3)는 다시 상기한 전원의 급전라인의 어느 하나의 전압(VB)을 검출하는 전압검출수단(28)과, 이 검출치에 따라 상기 전동모우터(11)에 공급되는 전류를 제한하는 전류제한회로(29) 및 전류 지령회로(21)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스테어링장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전압검출수단(28)은 상기 얼터네이터(13)의 단자전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스테어링장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 콘트로울러(3)는 상기 전동모우터(11)를 구동하기 위하여 배터리전압(VB)에 따라 패턴제어방식에 의해 상기 모우터(11)에 전류(IM)가 공급되게 함으로써 배터리의 과방전을 방지하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스테어링장치.
  4. 제1항에 있어서, 전류 제한회로(29) 및 전류지령회로(21)는 전압검출수단(28)의 검출전압(VB)이 제1설정치에 도달하지 못했을 경우에 상기 전동모우터(11)를 정지시키는 지령을 보내는 수단(35)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스테어링장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전동모우터(11)를 정지시키는 지령을 보내는 상기 수단(35)은 출력전압(VB)이 제1설정치로부터 상기 배터리의 제2설정 정상전압치로 증가하는 동안 상기 전압검출수단(28)의 출력전압(VB)의 크기에 따라 증감하는 전류 제한치의 변화율을 제어하는 수단(36,37,38)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스테어링장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 콘트로울러(3)는 상기 전동모우터(11)를 구동하기 위한 배터리의 과방전을 방지하는 피이드백 제어회로로서의 전류제한회로(29)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스테어링장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전동모우터(11)의 전류가 제3설정 전류제한치에 달했을 때, 자동차의 엔진의 아이들링 회전수를 올려 상기 전동모우터(11)를 구동시키는 배터리(12)를 충전시키기 위한 얼터네이터의 충전능력을 증가시키는 아이들링 회전수 제어장치(50)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스테어링장치.
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